声激励抑制空腔流激振荡的实验研究

实验研究了声激励对高速外流下矩形空腔振荡流动的抑制效应。实验发现了空腔流激振荡的主导模态随来流速度的敏感变化现象。通过在空腔前缘加纯音声激励,在Ｍ≤０．６的情况下取得了较好的抑制振荡效果。测量了腔口自由剪切层的平均速度型及速度脉动频谱,证实了前缘声激励对自由剪切层内不稳定波的激发作用,探讨了空腔振荡机理及声激励抑制机理。     

流动诱导空腔振荡及其声激励抑制的实验研究

实验研究了矩形空腔在外部高速气流作用下诱导的空腔内流支振荡问题，以及从空腔前缘加入纯音声激励以抑制空腔内流动振荡技术。实验发现，在一定的气流速度和空腔几何尺寸下，空腔内流动会出现强烈的自持振荡。采用前缘声激励，在某些声激励频率和适当强度下，通过控制腔口前缘剪切层的初期发展，可使原来处于振荡状态下空腔内的脉动压力级峰值降低１４ｄＢ以上，线性总声压级降低５ｄＢ。     

开口风洞剪切层对传声器及其阵列测量影响试验研究

开口风洞进行气动噪声测量及传声器阵列定位研究时必须考虑开口剪切层对声传播的影响。基于传统的二维剪切层折射修正公式的Snell定律和波传播对流效应,推导了更普遍的三维剪切层折射修正公式。针对0.55m×0.4m开口风洞,首先开展了风洞剪切层形态及位置的测量研究,70m/s风速下,该风洞剪切层略向外扩张,角度为1.14°;其次采用相位相关分析的方法研究了风速30,50和70m/s条件下,不同频段的声波穿过剪切层的折射现象,并与基于剪切层无限薄假设的Amiet等人的理论结果进行了比较,指出了折射角度的理论修正公式只有当声源到剪切层的距离大于4倍的目标声波波长时,即满足远场条件时,才与试验结果接近;最后,将剪切层修正方法应用于基于Beam-forming算法的传声器阵列的声源定位中,结果表明三维剪切层修正方法能够有效提高传声器阵列声源定位的准度。     

开口风洞声阵列测量的剪切层修正方法

开口风洞中的相位传声器阵列测量，必须进行剪切层修正才能得到真实的噪声源位置信息。在0.55m×0.40m声学风洞中开展了剪切层修正的实验研究，得到了不同风速条件下的剪切层速度剖面、声波传播延迟时间和声源定位的结果。根据实验结果，对剪切层速度剖面的Gortler理论解进行了验证，并对比分析了4种剪切层修正方法。研究结果表明:选择自相似参数σ=9，ξ₀=0.2时剪切层速度剖面测量值与理论值符合较好；剪切层厚度与轴向距离的关系为y=0.15x；马赫数Ma≤0.3、测量角θ_m在40°~140°范围内，不同剪切层修正方法对声波延迟时间计算结果的相对误差在1%以内。提出了射线追踪快速计算方法，该方法较常规射线追踪法的计算速度可提高2个数量级，从而使其适用于声阵列在线测量。     

强声激励下旋流火焰周期性流动结构的实验研究

强声波扰动下旋流流场的动态特征对于理解旋流火焰的非线性响应特性非常重要。基于超高重复频率脉冲串式激光器高速粒子示踪技术测量了强声激励下旋流火焰的动态流场,研究了旋流流场周期性涡结构和流场-火焰动态相互作用。周期性声波扰动会在旋流火焰内剪切层和外剪切层中引起固有涡结构。发现外部涡环在卷曲火焰锋面和改变火焰热量释放速率中起主要作用,而内部涡环分布在火焰根部并会影响中心回流区速度分布。定量提取了声诱导涡环的轨迹、涡量、环量、尺寸、出口速度以及加速度之间关系,发现强声激励下的出口速度和加速度决定了外部涡环的形成和脱落过程。     

喷口自由剪切层自激振荡优势频率的预测

研究了喷口边缘自由剪切层在下游扰流物干涉下产生自激振荡的机理 ,并进行了相应的实验。基于对空腔流自由剪切层自激振荡各阶模态的频率方程的合理改进 ,使之能预测喷口边缘自由剪切层在下游扰流物干涉下所致的自激振荡的模态频率。实验结果表明 ,采用改进后的空腔流自由剪切层自激振荡的频率方程能较好地预测喷口自由剪切层自激振荡所致噪声的优势频率 ,并能用于工程计算。另外 ,作者在考虑声与流动耦合的复杂性时提出 :声压与涡脱落相互作用的力阻抗所致的时延 2 πα中的 α与当地马赫数有关 ,而并非为常数 0 .2 5。声的传播是弹性介质中疏密波的传播 ,脱落涡的传播是流动介质中涡质量的传播 ,声与流动耦合的力阻抗的抗性取决于它们两者在耦合时所占有的主次地位 ,由实验数据表明 ,当 Ma∞ <0 .3 4时 ,力阻抗的抗性会由质量抗转变为弹性抗 ,即 α会由正值变为负值。     

等离子体激励低速分离流动控制实验研究

通过风洞流动显示实验,研究了等离子体激励低速条件下对平板表面分离剪切层的控制特性.结果表明等离子体激励在失速迎角附近可以有效抑制平板上的流动分离,实现流动的完全再附.在大迎角下可以显著减小平板完全分离后分离区的宽度.对比五种不同电极的实验,发现对于给定的输入电压及频率,负极宽度越宽,电极内侧正向间距越宽,其流动控制效果越好.最后通过改变发烟钢丝的位置和来流状况,证明了等离子体对周围流场的吸附和加速作用,对等离子体激励控制流动分离的机理进行了分析.     

一类MIMO状态可观测非线性系统的激励辨识

研究一类多输入多输出(MIMO)状态可观测非线性系统的激励辨识问题,输入激励信号采用高斯白噪声,均匀采样获得输出状态数据;根据Girsanov定理获得系统参数的渐近无偏估计;数值仿真试验说明了该方法的有效性并发现多变量耦合辨识中的噪噪比(NNR)现象;最后给出该系统的分步激励辨识算法。     

声激励增升机理研究

提供了内部声激励增升机理的试验及数值研究结果,风洞试验就二元后台阶模型、平板、ＮＡＣＡ００１２翼型分别在两座不同的低速风洞中完成,试验和数值研究表明内部声激励能有效控制模型表面气流分离,有明显的增升效果,并从试验和数值计算两方面对声激励增升机理进行了较深入的探讨。     

跨声速空腔剪切层动态特征传播特性研究

开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特征发展机制和模态噪声传播规律。结果表明：剪切层内单调增大的宽频噪声和类余弦分布的模态噪声相互叠加,使剪切层整体动态特征呈波浪上升发展;模态噪声逆流向上行传播,其速度同样呈类余弦分布,变化趋势与模态噪声幅值保持一致。结合Rossiter模态预估理论发现：同频率的上行模态声波与下行旋涡相互作用,产生了类驻波现象,导致模态噪声功率谱密度和传播速度沿流向周期性变化。     

边界层转捩位置的测量与控制技术

本文介绍了边界层转捩位置测量与控制方面的几种新技术。包括组合热膜法，液晶显示与图像处理法，激光片光源与烟流显示法和热脉冲人工转捩控制与内声激振人工转捩控制。并对试验设备与试验方法及其应用实例分别作了介绍。     

柔性锯齿形尾缘流动分离控制实验的多尺度相干结构研究

本文采用柔性锯齿形尾缘进行了流动分离控制风洞实验。利用高频响热线风速仪测量了翼型尾流场,结合瞬时强度因子迭代算法,在时域、频域提取出多尺度湍流相干结构,分析了弹性振动和柔性形变对扰动传播不稳定性的影响。实验结果表明:尾流中分离区厚度减小5%弦长,柔性锯齿形尾缘跟随来流自适应变形摆动,吸收了约20%的尾缘剪切层中的湍动能,产生的大尺度扰流涡持续传递至前缘剪切层,降低了很大范围低频带宽内的功率谱密度,具有良好的降噪效果;脱落涡中相干结构的振幅和发生频率显著削弱,对尾流分离区边界移动、大型涡包破碎和抑制传播的作用非常明显。     

可压缩流中声激励对细长体大迎角流动非对称性的影响研究

在跨声速风洞中研究了声激励对于可压缩流中细长旋成体大迎角流动非对称性的影响效果。结果表明,在可压缩流场中,声激励对于细长体典型迎角下的流动非对称性依然有着一定的影响,但由于高速风洞中流场本身的湍流度较高,声激励效果要比低湍流度不可压缩流中的影响弱。     

基于红外和纹影技术研究声作用下火焰锋面运动及热量演化

以Rijke型驻波声场为声环境，以本生型层流部分预混火焰为实验对象，研究了火焰在声场作用下的锋面运动及热量演化行为。通过火焰红外图像表征燃烧反应产生的高温产物，借助火焰纹影图像描述径向温度梯度分布，并以红外-纹影信息一体化的图像说明了高温产物与径向温度梯度的关系。结果表明，声场作用下的部分预混火焰，其高温产物附着在锋面上，表现为层分布的对称型尖头结构，下游区域较上游区域幅面更宽；轴向热量演化过程以尖头状分布方式在声周期内经历2次升降过程，向火焰下游方向输运，径向热量传递过程所形成的温度梯度轮廓表现为“手指状”，由高温产物的尖头结构及运动决定。     

用液晶膜技术显示边界层转捩

液晶膜是一种新型液晶制成品,系三层结构。对温度敏感的液晶沉积在外层塑料膜和内层黑衬底之间。液晶膜的底面带胶,可直接贴在试验模型表面上。本文简要介绍了低速风洞中的液晶膜技术、液晶膜的构造和显示边界层转捩的原理,并将它应用于声激发控制边界层转捩研究。实验结果表明,液晶膜技术是一种简易可行的显示边界层转捩的新方法。它可以显示转捩过程的起始与结束以及转捩位置随试验条件的变化。与常规液晶技术相比,其优点是使用方便,无需熟练的液晶配制技能和喷涂经验,免受外界污染。液晶膜技术特别适合应用于二元模型。     

封闭空腔声学特性研究

研究封闭空腔结构在声激励下出现的流固耦合问题,难点和关键点是弄清封闭空腔的声学特性。建立封闭空腔的有限元模型,根据空气的物理特性和空气中的音速,计算得到封闭空腔的声学固有频率;试验采用点声源装置、随机信号激励,采集时域数据进行功率谱分析,由频谱图得到共振频率,即封闭空腔的声学固有频率。比较并分析试验值与计算值,二者相吻合,对于轴向声学频率,有限元计算相对准确。